Биткоин за 5 минут: Блок

Базовой составляющей блокчейна является блок — единичная порция связанных в цепочку данных (информации). 

 Как мы уже знаем, блокчейн Биткоина — это некая бухгалтерская книга (ledger), в которой записаны абсолютно все транзакции, совершенные с монетами биткоина.

И если блокчейн — это бухгалтерская книга, то отдельные страницы этой книги — это и есть блоки блокчейна, в которых записываются финансовые транзакции и которые связаны между собой посредством хэшей так, что в заголовке каждого последующего блока хранится хэш-код предыдущего. 

В этой громадной бухгалтерской книге невозможно ни удалить страницу (блок), ни изменить её содержание, поскольку сразу же изменится содержание заголовков всех последующих страниц (блоков) и любой участник распределенной сети Биткоина, у которого хранится копия этой книги-блокчейна, сразу же заметит попытку подмены. Собственно, сама сеть Биткоина это заметит автоматически и отвергнет попытки внести все изменения в блокчейн.

Таким образом, все блоки, записанные в блокчейн, изменить уже невозможно! Вообще, любое редактирование записанной в блокчейн информации (транзакций) запрещено. Можно только дописывать новые блоки.

Это важное свойство блокчейна, как распределенного реестра финансовых транзакций. Как невозможно исправить записи или удалить пронумерованные страницы в прошитой и скрепленной печатью бухгалтерской книге, так и невозможно это сделать в блокчейне.

При этом блокчейн гораздо надежней любой бухгалтерской книги или любого банковского реестра операций, поскольку копии блокчейна хранатся на множестве компьютеров (серверов) в распределенной одноранговой сети.

Но, вернемся к блокам блокчейна Биткоина.

Каждый блок состоит из заголовка (Head), в котором хранится служебная информация, и полезной информации (Payload) —  собственно записи транзакций. 

 В заголовке блока содержится следующая информация:

• версия блока;
• дата и время создания блока;
• хэш-код заголовка блока; 
• хэш-код предыдущего блока;
• хэш-код всех транзакций в блоке;
• специальные параметры, которые записываются при майнинге (подробнее об этом я расскажу с статье «Биткоин за 5 минут: Майнинг»).

Для понимания нам важны хэши в заголовке.

Сам хэш-код заголовка блока — это и есть то, что связывает предыдущий блок с последующим в цепочке блокчейна. Он записывается как хэш-код предыдущего блока в заголовок последующего.

Также в заголовке хранится хэш-код транзакций текущего блока. Он подсчитывается с использованием алгоритма, известного, как дерево Мёркла (Merkle tree) или бинарное дерево хэшей. 

 Работает это так:

1. Сначала считаются хэши всех транзакций в блоке.
2. Потом считаются хэши от суммы хэшей пар транзакций.
3. Далее считаются хэши от суммы получившихся пар хэшей и далее по такой же схеме, пока  не получится один единственный хэш-код  —  он и будет хэшем транзакций в блоке.

Тут следует учесть, что поскольку дерево бинарное (подсчет идет парами), то на кажом шаге должно быть четное число элементов. Поэтому если, на каком-то этапе получается нечетное количество хэшей, то последний просто дублируется для получения пары.

Именно заголовки позволяют отслеживать целостность содержимого самих блоков.

Теперь перейдем к собственно содержимому (Payload) блока…

Как уже говорилось ранее, в блокчейн биткоина записываются  транзакции. Собственно сама транзакция имеет вид:

С <адрес 1> отправить <N> биткоинов на <адрес 2>

В действительности транзакция, записанная в блок блокчейна, сложнее, поскольку протокол Биткоина оперирует такими понятиями, как Входы (Inputs или In) и Выходы (Outputs или Out).

Входы (In)  —  это транзакции, пополняющие биткоин-адрес, а Выходы (Out)  —  это суммы, которые переводятся на другие биткоин-адреса.

Поэтому в Биткоине новая транзакция через Входы (один или несколько) ссылается на Выходы (один или несколько) предыдущих транзакций и формирует Выходы (также один или несколько) для использования в последующих транзакциях.  

На схеме новая транзакция C ссылается на две входящие транзакции— A и B. В результате на входе у транзакции получается 0.008 BTC (0.005+0.003), которые потом разделяются на два выхода — на первый адрес отправляется 0.003 BTC, а на второй 0.004 BTC. Остаток (0.001 BTC) — комиссия майнеру. 

Собственно структура записи транзакций в блокчейне Биткоина содержит:

• количество используемых Входов;
• хэш-код и индекс каждого Входа, а также служебная информация;
• количество используемых Выходов;
• суммы Выходов, а также служебная информация;
• метка времени транзакции.

Эта, на первый взгляд сложная конструкция, на самом деле показывает реальное движение денег между биткоин-адресами и дает возможность достаточно быстро подсчитать баланс любого адреса на основании его Входов и Выходов.

Возможность указать сразу несколько Выходов в транзакции — это очень важная вещь, потому что транзакцию (точнее  —  ее Выход) можно использовать как Вход только один раз и только целиком.

Например, если имеется входящая транзакция (Вход) на 1 биткоин (BTC), а нужно перевести куда-то 0,8 BTC, то создается транзакция с одним Входом и двумя Выходами: на 0,8 BTC  —  собственно перевод и на 0,2 BTC  —  возврат на биткоин-адрес отправителя. 

Еще важный момент  —  это т.н. комиссия за транзакцию (transaction fee), которую получают майнеры — люди, которые записывают новые блоки транзакций в блокчейн.

В транзакции, как правило, сумма Выходов меньше суммы Входов, а получившаяся разница отправляется на адрес майнера, записавшего блок с этой транзакцией в блокчейн. Это и есть его вознаграждение (помимо платы за создание нового блока или собственно майнинг).

Как происходит запись нового блока в блокчейн, я опишу в статье «Биткоин за 5 минут: Майнинг».

Подписывайтесь и читайте! 

Предыдущие статьи по теме «Биткоин за 5 минут»:

• Кошельки и Транзакции
• Блокчейн